电动汽车无线充电金属异物检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，具体为一种电动汽车无线充电金属异物检测系统及检测方法。

背景技术

基于目前电动汽车大功率无线充电时安全要求性较高，发射线圈与接收线圈在传输能量时，如果发射线圈或接收线圈表面或中间有金属异物（类似硬币，大头针等金属），电涡流磁场会引起金属发热，高温引起起火。造成设备和人员安全隐患，需要在大功率电能传输前进行金属异物检测。确保发射线圈或接收线圈表面不会有引起安全隐患的金属异物，结合以上的情况，给出一种新的改善方案装置金属异物检测电路。

发明内容

本发明其中一个的目的是提供一种电动汽车无线充电金属异物检测系统，可以有效解决背景技术中的问题。

实现上述目的的技术方案是：电动汽车无线充电金属异物检测系统，用于对安装在地面的充电线圈模块上金属异物的检测，包括处理器、谐振电路、电压采样电路、供电电源以及间隔布置在充电线圈模块上的多个异物检测线圈模块，所述异物检测线圈模块分别通过继电器K11与谐振电路连接，同时还分别通过继电器S11与电压采样电路连接，所述继电器K11、S11的控制端、电压采样电路的信号输出端分别与处理器连接，所述供电电源分别与谐振电路、处理器连接。

进一步地，所述谐振电路包括电容C1、C2、C3、C4、三极管Q1、电阻R1、R5、R6，所述电阻R1和电阻R3的一端相互并接后连接供电电源的正极，所述电阻R3的另一端分别连接三极管Q1的b极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，电阻R1的另一端连接三极管Q1的c极，三极管Q1的e极串级电阻R6后接地，所述电容C3的一端连接三极管Q1的b极，另一端接地；

所述电容C2的一端连接三极管Q1的c极、电容C2的另一端串接电容C4后接地，所述电容C1的一端连接三极管Q1的c极、另一端连接异物检测线圈模块的一端，异物检测线圈模块的另一端接地。

进一步地，所述异物检测线圈模块呈矩阵式布置在充电线圈模块上。

进一步地，所述异物检测线圈模块包括异物线圈以及包覆在异物线圈外的绝缘壳体。

本发明的另一个目的是提供一种电动汽车无线充电金属异物检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）处理器分别单独控制与每个异物检测线圈模块对应的继电器K11、S11接通，并获取每个异物检测线圈模块的电压幅值U1；

2）处理器判断获取的电压幅值U1是否在设定的电压幅值范围内，若在设定的电压幅值范围内，则该异物检测线圈模块对应有异物。

进一步地，设定电压幅值范围是通过将不同大小金属异物靠近异物检测线圈模块从而获取不同的电压幅值Ux，再取最大值Uxmax和最小值Uxmin作为电压幅值范围。

本发明的有益效果：针对电动汽车无线大功率充电时对金属异物的检测，提供一种偏移谐振点的方法，利用异物检测线圈模块的谐振电压幅值差特性，通过采样电压幅值差大小，来分辨金属异物的大小及存在位置情形的实施方案，可以提高电动汽车无线充电安全性，消除安全隐患。

线圈的等效并联电感与金属靠近的距离成一定线性关系，利用线圈的谐振电压幅值与金属异物大小线性关系可以得知金属异物的大小，及利用分布矩阵的线圈可以得知金属异物的具体位置，上述相关均对本领域技术人员均属于公知技术。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为异物检测线圈模块在充电线圈模块上分布图；

图3为异物检测线圈模块的结构示意图；

图4为谐振电路的电路图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明公开了一种电动汽车无线充电金属异物检测系统，用于对安装在地面的充电线圈模块1（即为用于电动汽车充电的发射线圈）上金属异物的检测，包括处理器2、谐振电路3、电压采样电路4、供电电源5以及多个异物检测线圈模块L1，异物检测线圈模块L1呈矩阵式布置在充电线圈模块1上，相邻两个充电线圈模块L1之间的间距为5-7mil（米尔），异物检测线圈模块L1分别通过继电器K11与谐振电路3连接，同时还分别通过继电器S11与电压采样电路4连接，继电器K11、S11的控制端、电压采样电路4的信号输出端分别与处理器2连接，供电电源5分别与谐振电路3、处理器2连接。

异物检测线圈模块L1包括异物线圈8以及包覆在异物线圈8外的绝缘壳体9。

谐振电路3包括电容C1、C2、C3、C4、三极管Q1、电阻R1、R5、R6，所述电阻R1和电阻R3的一端相互并接后连接供电电源5的正极，所述电阻R3的另一端分别连接三极管Q1的b极和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，电阻R1的另一端连接三极管Q1的c极，三极管Q1的e极串级电阻R6后接地，所述电容C3的一端连接三极管Q1的b极，另一端接地；

所述电容C2的一端连接三极管Q1的c极、电容C2的另一端串接电容C4后接地，所述电容C1的一端连接三极管Q1的c极、另一端连接异物检测线圈模块L1的一端，异物检测线圈模块L1的另一端接地。

谐振电路3中电阻R1、R6构成运放的限流，电阻R3、R5构成静态偏置，C3 用于滤波，电容C2、C4 构成运放的反馈，电容C1和异物检测线圈模块L1构成模块检测的谐振回路。

检测时，依次单独控制每个异物检测线圈模块L1对应的继电器K11、S11闭合，使每个异物检测线圈模块L1分别与谐振电路3 分别构成一个完整的共振电路，电容C1与异物检测线圈模块L1 构成的异物检测线圈模块回路会分别产生一个幅值电压U1，并通过电压采用电路4依次采集、并发送至处理器2。

异物检测线圈模块L1的电压幅值U1=j*Q*Us，其中 Us为谐振回路的源端电压，其中Q= j*ω*L/R，ω为异物检测线圈模块L1的谐振频率，L 为异物检测线圈模块L1的电感，R为谐振回路的等效电阻。

电动汽车无线充电金属异物检测系统的检测方法，具体包括如下步骤：

1）处理器4分别单独控制与每个异物检测线圈模块L1对应的继电器K11、S11接通，并获取每个异物检测线圈模块L1的电压幅值U1；

2）处理器4判断获取的电压幅值U1是否在设定的电压幅值范围内，若在设定的电压幅值范围内，则该异物检测线圈模块对应有异物。

设定电压幅值范围是通过将不同大小金属异物靠近异物检测线圈模块从而获取不同的电压幅值Ux，再取最大值Uxmax和最小值Uxmin作为电压幅值范围。